寶典后壓漿技巧在西安砂土中的應(yīng)用

1、后壓漿技術(shù)在西安砂土中的應(yīng)用,孫虎平,余風(fēng)翔,（西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安,710068；中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)公司）【摘要】樁端后壓漿技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)樁基技術(shù)的發(fā)展，具有較大實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)型，結(jié)合西安市東風(fēng)路灞河橋的工程實(shí)例，系統(tǒng)探討了樁端后壓漿技術(shù)的形成機(jī)理、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及經(jīng)濟(jì)效益，并給出了完整的計(jì)算方法，具有一定的實(shí)用性，可供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)中參考。關(guān)鍵詞：樁,后壓漿,承載力,砂土,0,前言樁基礎(chǔ)是我國(guó)高層建筑、公路、城市橋梁工程等采用最多的基礎(chǔ)形式之一，其中很大一部分采用鉆孔灌注樁。目前在鉆孔施工技術(shù)、樁徑和樁長(zhǎng)等方面均取得很大發(fā)展，如橋梁工程中最大樁長(zhǎng)已達(dá)125m，樁徑3.0m，單樁承載

2、力高達(dá)12000t。但由于受施工工藝影響，鉆孔灌注樁還存在一些影響樁基承載力的因素。（1）在成孔過(guò)程中，采用泥漿護(hù)壁形成泥皮，降低了樁側(cè)摩阻力。摩阻力降低的程度與泥皮的質(zhì)量、厚度等有關(guān)，泥皮質(zhì)量越好，厚度越大，摩阻力越低。（2）成孔后，孔周邊形成了較大的自由面，改變了地層的初始應(yīng)力狀態(tài)，孔周土體向孔中心產(chǎn)生不同程度的位移，導(dǎo)致孔周一點(diǎn)范圍內(nèi)原有土體的密實(shí)度降低，從而使樁土間側(cè)摩阻力降低。（3）施工過(guò)程中，由于使用泥漿作為沖洗介質(zhì)，無(wú)論采取何種清孔工藝，很難將孔內(nèi)沉渣全部帶出至地表。特別是當(dāng)孔內(nèi)泥漿比重、粘度較大，清孔不徹底時(shí)，沉渣往往較厚。故孔底沉渣的存在是影響鉆孔灌注樁承載力的重要因素之一。

3、（4）孔壁受水浸泡，使樁周土的抗剪強(qiáng)度降低及樁身混凝土收縮等均會(huì)導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力的降低。經(jīng)理論研究及實(shí)驗(yàn)證實(shí)，采用樁端壓漿工藝可有效的消除上述不利因素的影響并達(dá)到提高鉆孔灌注樁承載力的目的。具有重要的工程使用價(jià)值。1,鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)是成樁時(shí)在樁體內(nèi)某一位置預(yù)置壓漿管路，待樁身達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過(guò)壓漿管路，利用高壓壓漿泵壓注以水泥為主劑的漿液到樁周（包括樁底）的土體中，以達(dá)到對(duì)樁端沉渣、樁側(cè)泥皮及樁周土體起到滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結(jié)等作用。其目的是通過(guò)改變土體的物理力學(xué)性能及樁土間邊界條件，以達(dá)到提高樁的承載力，減少沉降量。1.1,漿液擴(kuò)散機(jī)理漿液擴(kuò)散機(jī)理隨土層

4、類(lèi)別、性質(zhì)、上覆壓力、邊界條件等而變化，可分為充填注漿、滲透注漿、劈裂注漿、擠密注漿四種情況。在實(shí)際壓漿過(guò)程中，并不是某一種漿液擴(kuò)散形式單獨(dú)作用，而是以一種或二種擴(kuò)散形式為主，其它形式為輔，同時(shí)作用。充填注漿：多用于土層內(nèi)大孔隙、大空間的注漿，如卵石層、碎石層、砂礫層中注漿，漿液固結(jié)形態(tài)與土層內(nèi)的原有空洞相同。滲透注漿：漿液在壓力作用下，克服漿液流動(dòng)的各種阻力，滲入土的孔隙和巖土裂隙中，將孔隙中的自由水和氣體排擠出去，漿液凝固后把土顆粒粘接在一起，形成水泥土結(jié)石體，使土層的抗壓強(qiáng)度和變形模量得以提高。劈裂注漿：在壓力作用下，漿液克服地層的初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，引起土體結(jié)構(gòu)的分塊（片）破壞，使其沿

5、垂直于較小主應(yīng)力的平面上發(fā)生劈裂，形成新的裂隙，漿液進(jìn)入到裂隙中，形成縱橫交叉的脈狀網(wǎng)絡(luò)，這一過(guò)程壓密了分塊（片）土體，提高了土抗力。擠密注漿：用一定的壓力壓入粘稠的漿液，取代并擠密注漿點(diǎn)土體，在注漿管端部附近形成“漿泡”。當(dāng)漿泡的直徑較小時(shí)，灌漿壓力基本上沿鉆孔的徑向擴(kuò)展。隨著漿泡尺寸的逐漸增大，便產(chǎn)生較大的上抬力而使地層抬動(dòng)。常用于中砂地基，粘土地基中若有適宜的排水條件也可采用。1.2,影響樁端后壓漿承載力的因素影響樁端后壓漿承載力的因素大體可分為兩方面：一是漿液的種類(lèi)。涉及滲透性、固結(jié)性、耐久性、有效顆粒物等；二是后壓漿施工因素。包括壓漿裝置的形式，壓漿路徑的暢通，壓漿量，壓漿壓力等。1

6、）樁端土層的性質(zhì)一般來(lái)說(shuō)，在其他條件相同的情況下，樁端為卵礫石、砂礫石、砂等粗粒土?xí)r因其滲透性較好且自身強(qiáng)度大而比樁端為粉細(xì)砂等細(xì)粒土?xí)r的承載力提高的幅度大。在粗粒土（孔隙率較大的卵礫石、中粗砂等）中壓漿時(shí)，漿液滲入率高,，通過(guò)滲透、部分?jǐn)D密、填充及固結(jié)作用，大幅度提高持力層受荷面積及持力層的強(qiáng)度和變形模量。在細(xì)粒土,(粘性土、粉土、粉細(xì)砂等,)中壓漿時(shí),，漿液滲入率低,，實(shí)現(xiàn)劈裂壓漿，土體被網(wǎng)狀結(jié)石分割加筋成復(fù)合土體，它能有效地傳遞和分擔(dān)荷載，極限承載力增幅通常在,14%,88%的范圍內(nèi),，個(gè)別樁的增幅可達(dá),106,%,138%，其增幅較在粗粒土中壓漿時(shí)小。2）壓漿量（水泥量）：在土層性質(zhì)、

7、樁端壓力注漿裝置形式、樁體尺寸、壓漿工藝及壓漿壓力等條件相同的前提下,對(duì)于樁端壓漿而言,壓漿量多者承載力增幅一般也大。3）壓漿壓力：壓漿壓力影響注漿范圍，一般情況下，土體被加固的范圍越大，土體承載力增幅也越大。4）漿液種類(lèi):：漿液壓漿工藝的基本要求是漿液必須滲入土體的孔隙，即漿材顆粒尺寸應(yīng)遠(yuǎn)小于孔隙尺寸。另膠料的耐久性、強(qiáng)度等也直接影響著注漿加固的效果。普通水泥最大顆粒尺寸約在60100(0.060.10)之間,其漿液難于進(jìn)入滲透系數(shù)k<5×10-2c/的砂土孔隙或?qū)挾刃∮?00的裂隙。為了提高水泥漿液的可注性，國(guó)外常采用把普通水泥漿材再次磨細(xì)的方法,從而獲得平均粒徑小于34的

8、超細(xì)水泥。2,工程實(shí)例西安市東風(fēng)路灞河橋，橋梁全長(zhǎng)505.3米，寬53.5米。主橋采用兩跨89.2m半中承式連續(xù)系桿拱橋，引橋采用小箱梁?；A(chǔ)采用鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，其中主橋樁徑2m，樁長(zhǎng)為39m45m；引橋樁徑1.2、1.5m，樁長(zhǎng)為20m33m。均采用樁端后壓漿工藝。2.1,地質(zhì)概況據(jù)勘探揭露，場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下依次由第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml），沖湖積（Q4al+l）沖填土、沖湖積（Q4al+l）砂礫及上更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）粉質(zhì)粘土、砂礫和中更新統(tǒng)沖積（Q2al）粉質(zhì)粘土、中粗砂組成。各層土鉆孔樁承載力計(jì)算參數(shù)建議值見(jiàn)表1,。表1,鉆孔樁承載力計(jì)算參數(shù)建議值表層序巖土名稱(chēng)樁

9、端阻力特征值(KPa)樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(KPa)層序巖土名稱(chēng)樁端阻力特征值(KPa)樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(KPa)1-2素填土160407中砂450752中粗砂220507-1圓礫8001603圓礫300808粉質(zhì)粘土230604中粗砂320609中砂450804-1粉土220409-1粉砂200705圓礫4001209-2礫砂5501206中砂3707010粉質(zhì)粘土400756-1粉質(zhì)粘土2806511中粗砂450906-2圓礫6001302.2,試樁設(shè)計(jì)參數(shù)為驗(yàn)證樁端壓漿后實(shí)際承載力以保證設(shè)計(jì)橋梁安全，特在橋梁3#墩、5#墩、7#墩下游分別布置試驗(yàn)樁，實(shí)施后壓漿樁基的靜載試驗(yàn)。為能夠進(jìn)行科學(xué)對(duì)比，

10、另選取工程樁2-12實(shí)施了非后壓漿樁的試驗(yàn)。具體參數(shù)見(jiàn)表2。表2,試樁參數(shù)表樁號(hào)樁徑（m）樁長(zhǎng)（m）平衡點(diǎn)位置備注2-121.530樁端以上9米非后壓漿3#1.530樁端以上5米后壓漿5#1.530樁端以上5米后壓漿7#1.545樁端以上15米后壓漿2.3,承載力測(cè)試結(jié)果試樁測(cè)試采用自平衡試樁法，根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，取荷載平衡點(diǎn)（荷載箱）上部樁側(cè)阻力修正系數(shù)0.8，得出4根試樁的極限承載力和相應(yīng)的樁頂位移見(jiàn)表3。表3,各樁極限承載力及相應(yīng)的樁頂位移樁號(hào)項(xiàng)目2123#5#7#最大加載量（kN）55008250825010285最大加載量時(shí)累計(jì)沉降值（mm）43.6845.1842.9653.52極

11、限承載力（kN）11262155501555019448各樁的等效荷載曲線如下圖所示：,2-12號(hào)樁等效荷載位移曲線,3#號(hào)樁等效荷載位移曲線,5#號(hào)樁等效荷載位移曲線,7#號(hào)樁等效荷載位移曲線2.4,后壓漿對(duì)承載力影響分析通過(guò)2-12未壓漿樁基的試驗(yàn)結(jié)果與3#、5#樁端壓漿試驗(yàn)樁的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，得出承載力提高了38.0%。3,樁端后壓漿設(shè)計(jì)樁端后壓漿設(shè)計(jì)包括合理壓漿量、壓漿壓力、后壓漿樁承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算。3.1,合理壓漿量后壓漿樁承載力和壓漿量有很大關(guān)系。在一定范圍內(nèi)，承載力提高幅度和壓漿量成正比，但當(dāng)壓漿量超過(guò)一定量時(shí)，增加壓漿量，承載力不提高或提高幅度極小，因此存在一個(gè)合理的壓漿量或界限

12、壓漿量。但由于地下土層的復(fù)雜性，加上施工過(guò)程的影響，準(zhǔn)確地計(jì)算合理壓漿量比較困難，實(shí)際中常用下列經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算。（1）式中:Gc注漿量，以水泥重量計(jì)(t)，d樁直徑(m)；p-注漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)p取值范圍如表4。表4,注漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)p持力層粘土粉砂細(xì)砂中砂粗砂/礫砂卵石取值范圍使用該公式時(shí)應(yīng)注意：,本公式適用于較長(zhǎng)較大直徑鉆孔灌注樁注漿量的計(jì)算;,本公式為經(jīng)驗(yàn)公式，考慮到施工中很多的影響因素，沒(méi)有對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行理想化和一系列的假定，具有一定的實(shí)用價(jià)值;,本公式考慮到土層對(duì)注漿量的影響，但影響趨勢(shì)不太明顯,如粉砂的系數(shù)取值整體大于細(xì)砂，這與理論不相符合,在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以通過(guò)取值來(lái)實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)

13、趨勢(shì)的變化。3.2承載力計(jì)算建議目前，承載力計(jì)算公式大多采用的是建科院公式，公式如下。Quk=Q,sk1+Qsk2+Qpk,=,UqskiLi,+(UsiqskiLi+pqPkAp)g,（2）式中：Q,sk1，Qsk2樁上部未壓漿側(cè)阻力和樁端壓漿上返段側(cè)阻力；Qpk壓漿后樁端阻力qski,qPk極限側(cè)阻力和端阻力；Li樁側(cè)的第i層土厚度;U,Ap樁身周長(zhǎng)和樁端面積；si側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)，側(cè)阻力的增強(qiáng)范圍在樁端以上1020m范圍，si按下表取值,其他位置si取1.0；p樁端力增強(qiáng)系數(shù)，按下表取值；g壓漿量修正系數(shù)，g實(shí)際壓漿量/合理壓漿量，取g1.0表5,側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)si，端阻力增強(qiáng)系數(shù)p土層名

14、稱(chēng)粘性土粉土粉砂細(xì)砂中砂粗砂礫砂si1.61.61.82.0p1.62.02.83.2在總結(jié)現(xiàn)有承載力計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有工程資料，結(jié)合東風(fēng)路灞河橋樁端后壓漿試樁工程試驗(yàn)，以樁徑、樁長(zhǎng)和合理的注漿量為變量，按土層分類(lèi)，對(duì)壓漿前后極限承載力一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析、歸納總結(jié)，以得出側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)si和端阻力增強(qiáng)系數(shù)p。同時(shí)考慮到了建科院公式中指出的注漿量合理影響，改進(jìn)出如下公式。,（3）式中,:Quk樁端后壓漿灌注樁的單樁軸向受壓承載力qsik,qPk極限側(cè)阻力和端阻力；Li樁側(cè)的第i層土厚度;,U,Ap樁身周長(zhǎng)和樁端面積；ski側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)，側(cè)阻力的增強(qiáng)范圍,當(dāng)在飽和土層中壓漿時(shí)，取樁端

15、以上8.012.0米；當(dāng)在非飽和土層中壓漿時(shí)，取樁端以上4.05.0米，ski按下表7取值,其他位置ski取1.0；pk樁端力增強(qiáng)系數(shù)，按下表6取值；g壓漿量修正系數(shù)，g實(shí)際壓漿量/合理壓漿量，一般取g1.0其中端阻增強(qiáng)系數(shù)pk和側(cè)阻增強(qiáng)系數(shù)ski如下表：表6,端阻力增強(qiáng)系數(shù)pk持力層粘土(p1)粉砂(p2)細(xì)砂(p3)中砂(p4)粗砂/礫砂(p5)卵石(p7)取值范圍3.8表7,側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)ski持力層粘土(s1)粉砂(s2)細(xì)砂(s3)中砂(s4)粗砂(s5)礫砂(s4)取值范圍使用該公式時(shí)應(yīng)注意：,由于參數(shù)綜合考慮施工中各影響因素的間接影響，比如返漿效果、土的上抬、各土層的吸收、滲透等

16、，考慮了施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。,由于較長(zhǎng)較大直徑鉆孔灌注樁的廣泛使用和后壓漿技術(shù)的普遍推廣，所以對(duì)較長(zhǎng)較大直徑鉆孔灌注樁承載力計(jì)算公式的需要更為迫切。而本文所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均為樁徑>0.8m且樁長(zhǎng)>40m的大直徑鉆孔灌注樁，因此對(duì)目前橋梁設(shè)計(jì)采用的直徑較大且長(zhǎng)度較長(zhǎng)的樁來(lái)說(shuō)，計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)際。本文改進(jìn)的公式考慮了壓漿量在樁基承載力中發(fā)揮的作用。,對(duì)于土層的歸類(lèi)，以偏于安全的準(zhǔn)則進(jìn)行歸類(lèi)，如將“粗砂和礫砂夾層”均歸為“粗砂”類(lèi)。,對(duì)樁端后壓漿而言，在計(jì)算承載力時(shí)，對(duì)樁側(cè)僅考慮4.012.0m的影響范圍。而在統(tǒng)計(jì)時(shí)，對(duì)于部分返漿效果比較好的，也作了統(tǒng)計(jì)，與

17、理論有所偏差，但可以作為安全儲(chǔ)備來(lái)考慮；,壓漿量對(duì)承載力的影響本公式是通過(guò)g來(lái)體現(xiàn)的，當(dāng)壓漿量超過(guò)合理壓漿量時(shí)，取g1，保守認(rèn)為超過(guò)合理壓漿量的部分對(duì)承載力沒(méi)有貢獻(xiàn)，而實(shí)際上壓漿效果會(huì)隨著注漿量的增大而效果會(huì)逐漸增加，只是增加的幅度會(huì)減小。所以這和實(shí)際情況不相符合。但可以以此提高安全系數(shù)。4,結(jié)論1）根據(jù)壓漿后樁的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了后壓漿工藝在樁端持力層為砂土層時(shí)的壓漿效果，取得了一定的成果。2）通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)外樁端后壓漿合理壓漿量和承載力計(jì)算公式，結(jié)合本橋的試驗(yàn)成果，改進(jìn)提出了樁基承載力計(jì)算公式。3）通過(guò)對(duì)東風(fēng)路灞河橋試樁的工程實(shí)踐分析，證實(shí)了后壓漿工藝能提高30以上的樁基承載力，且具有很好的經(jīng)濟(jì)性。參考文獻(xiàn)1,黃生根,曹輝.超長(zhǎng)鉆孔灌注樁應(yīng)用后壓漿技術(shù)地效果分析J.建筑技術(shù)1999,30(3),178,1812